生物化学氨基酸蛋白质和酶课件

生物化学 一 氨基酸 蛋白质和酶 竞赛生物化学考什么 蛋白质 氨基酸 酶 核酸 中心法则 糖类 糖代谢 脂质维生素激素 生物化学怎么学 1 选一份好的教材2 做一份好的笔记3 在联系和比较中学习4 多做题 勤查书 预科 几个有机化学术语 1 苯环 芳香环 羟基 OH羰基 C O甲基 CH3氨基 NH2 预科 几个有机化学术语 2 单键 一个短横 双键 两个短横 叁键 第一部分蛋白质 生命是蛋白体的存在形式 恩格斯 反杜林论 蛋白质由氨基酸 AA 组成研究蛋白质必先研究氨基酸 蛋白质氨基酸22种中学讲了20种另两种 含硒半胱氨酸吡咯赖氨酸 但氨基酸总共有八十多种人体内其它的重要氨基酸鸟氨酸 ORN 瓜氨酸 CIT 氨基酸 重点 氨基酸分类氨基酸的酸碱性质氨基酸的化学反应氨基酸混合物的分离 知识点 氨基酸 是蛋白质的构件分子 具有酸碱性质 手性 聚合能力 特定的侧链结构及多样的化学反应 兼性离子 指氨基酸分子含有一个正电荷和一个负电荷的形式 在氨基酸晶体中或中性水溶液中以兼性离子形式存在 氨基酸类别 1 蛋白质氨基酸 20种 酸性氨基酸 天冬氨酸ASP 谷氨酸GLU 碱性氨基酸 赖氨酸LYS 组氨酸HIS 精氨酸ARG 中性氨基酸 极性氨基酸 非极性氨基酸 贾府携一本亮色饼干 丝氨酸SER 苏氨酸THR 半胱氨酸CYS 酪氨酸TYR 天冬酰氨ASN 谷氨酰胺GLU 甘氨酸GLN 丙氨酸ALA 亮氨酸LEU 异亮氨酸ILE 苯丙氨酸PHE 甲硫氨酸MET 色氨酸TRP 脯氨酸PRO 颉氨酸VAL 氨基酸的类别 2 含苯环的氨基酸 芳香族氨基酸 酪氨酸Tyr苯丙氨酸Phe色氨酸Trp苯环对应着280MM处最大的紫外吸收 以色氨酸 TRP 最强 例题2010年决赛 14 在氨基酸的分类中 下面哪一个氨基酸属于芳香族氨基酸 1分 A 丙氨酸B 丝氨酸C 色氨酸D 亮氨酸 例题2010年决赛 14 在氨基酸的分类中 下面哪一个氨基酸属于芳香族氨基酸 1分 A 丙氨酸B 丝氨酸C 色氨酸D 亮氨酸 答案C 很多书上不把色氨酸当成芳香族氨基酸 有的人2010年就吃了大亏 氨基酸的两性 氨基酸有羧基和氨基羧基有酸性氨基有碱性 氨基酸的等电点 难点 等电点就是水溶液的一个PH值 在这个PH值下氨基酸呈中性等电点的计算原理很复杂记忆不难 等电点的计算 氨基酸有两个或三个PKA 分别是pka1Pka2pka3 酸性氨基酸 谷GLU 天冬ASP 两个低的相加除以二碱性氨基酸 赖LYS 精ARG 组HIS 两个高的之和除以二中性氨基酸半胱CYS和酪TYR是两个低的之和除以二其他都只有两个PKA 相加除以二 几个有特色的氨基酸 含硫氨基酸甲硫MET半胱氨酸CYS没有手性的氨基酸甘氨酸GLN 特殊基团精ARG胍基酪TYR酚基组HIS咪唑基色TRP吲哚不同的基团分别对应不同的检测方法 氨基酸的化学反应 成肽 脱水缩合 茚三酮 指纹分析 茚三酮会把氨基酸染成蓝紫色 579mm 但是脯氨酸 PRO 是黄色 440mm 肽键 高中内容我就不讲了肽键不是肽平面 肽键不是单键一般都是反式肽键肽键有极性 双缩脲试剂无法检验单个的肽键 鹅肌肽 尿素 两种活性寡肽 谷胱甘肽 GSH 还原剂 可抗衰老 鹅膏蕈碱剧毒 抑制转录 蛋白质的结构 一级结构二级结构三级结构四级结构 蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构 Primarystructure 包括 1 组成蛋白质的多肽链数目 2 多肽链的氨基酸顺序 3 多肽链内或链间二硫键的数目和位置 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序 它是蛋白质生物功能的基础 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构有多种 常见的主要是 螺旋 折叠 转角自由回转 在 螺旋中肽平面的键长和键角一定 肽键的原子排列呈反式构型 相邻的肽平面构成两面角 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转 形成螺旋结构 螺旋一周 沿轴上升的距离即螺距为0 54nm 含3 6个氨基酸残基 两个氨基酸之间的距离0 15nm 肽链内形成氢键 氢键的取向几乎与轴平行 第一个氨基酸残基的酰胺基团的 CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的 NH基形成氢键 蛋白质分子为右手 螺旋 左手和右手螺旋 左手旋和右手旋 在生化中有很多螺旋 注意区分 左手 和 右手 螺旋 左手和右手螺旋 2 折叠 折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列 通过链间的氢键交联而形成的 肽链的主链呈锯齿桩折叠构象 在 折叠中 两个氨基酸之间的轴心距为0 35nm 折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的 也可以在同一肽链的不同部分之间形成 折叠有两种类型 一种为平行式 即所有肽链的N 端都在同一边 另一种为反平行式 即相邻两条肽链的方向相反 尽管以反平行为主 但也有正平行 3 转角在 转角部分 由四个氨基酸残基组成 四个形成转角的残基中 第三个一般均为甘氨酸 GLN 或脯氨酸 PRO 残基 弯曲处的第一个氨基酸残基的 C O和第四个残基的 N H之间形成氢键 形成一个不很稳定的环状结构 这类结构主要存在于球状蛋白分子中 自由回转没有一定规律的松散肽链结构 但仍是紧密有序的稳定结构 通过主链间及主链与侧链间氢键维持其构象 不同的蛋白质 自由回转的数量和形式各不相同 分两类 紧密环 连接条带 2 蛋白质的三级结构 蛋白质的三级结构 TertiaryStructure 是指在二级结构基础上 肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕 折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构 维系这种特定结构的力主要有氢键 疏水键 离子键和范德华力等是 尤其疏水键 在蛋白质三级结构中起着重要作用 需要说明的是蛋白质的三级结构是由一级结构确定的 3 蛋白质的四级结构 蛋白质的四级结构 QuaternaryStructure 是指由多条各自具有一 二 三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式 各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系 维持亚基之间的化学键主要是疏水力 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白 例题 易错题 胰岛素由两条肽链组成 那么胰岛素有木有四级结构 例题 易错题 胰岛素由两条肽链组成 那么胰岛素有木有四级结构答案 没 解析 胰岛素由两条肽链组成 但是两条肽链由三个 s s 二硫键 连接 二硫键是共价键 蛋白质各级结构的作用力 1 离子键 生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键 这种键可以解离 2 氢键 氢键的形成氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成 是一种特殊形式的偶极 偶极键 它是质子给予体X H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用 氢键的大小和方向氢键的键能比共价键弱 比范德华力强 在生物体系中为8 4 33 4kj mol 2 8kcal mol 键长为0 25 0 31nm 比共价键短 氢键的方向用键角表示 是指X H与H Y之间的夹角 一般为180 250 3 范德华力 这是一种普遍存在的作用力 是一个原子的原子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力 它是一种比较弱的 非特异性的作用力 这种作用力非常依赖原子间的距离 当相互靠近到大约0 4 0 6nm 4 6A 时 这种力就表现出较大的集合性质 范德华力包括引力和排斥力 其中作用势能与1 R6成正比的三种作用力 静电力 诱导力和色散力 通称为范德华引力 4 疏水作用 疏水作用是指极性基团间的静电力和氢键使极性基团倾向于聚集在一起 因而排斥疏水基团 使疏水基团相互聚集所产生的能量效应和熵效应 蛋白质和酶的表面通常具有极性链或区域 这是由构成它们的氨基酸侧链上的烷基链或苯环在空间上相互接近时形成的 高分子的蛋白质可形成分子内疏水链 疏水腔或疏水缝隙 可以稳定生物大分子的高级结构 蛋白质电泳 蛋白质与多肽一样 能够发生两性离解 也有等电点 在等电点时 IsoelectricpointpI 蛋白质的溶解度最小 在电场中不移动 在不同的pH环境下 蛋白质的电学性质不同 在等电点偏酸性溶液中 蛋白质粒子带负电荷 在电场中向正极移动 在等电点偏碱性溶液中 蛋白质粒子带正电荷 在电场中向负极移动 这种现象称为蛋白质电泳 Electrophoresis 蛋白质的沉淀 在温和条件下 通过改变溶液的pH或电荷状况 使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离 在沉淀过程中 结构和性质都没有发生变化 在适当的条件下 可以重新溶解形成溶液 所以这种沉淀又称为非变性沉淀 可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法 如等电点沉淀法 盐析法和有机溶剂沉淀法 蛋白质的变性 变性蛋白质通常都是固体状态物质 不溶于水和其它溶剂 也不可能恢复原有蛋白质所具有的性质 所以 蛋白质的变性通常都伴随着不可逆沉淀 引起变性的主要因素是热 紫外光 激烈的搅拌以及强酸和强碱等 几种重要的蛋白质 血红蛋白免疫球蛋白胶原蛋白 血红蛋白 血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分 它的主要功能是运输氧和二氧化碳 不仅有血红蛋白 还有血蓝蛋白 血红蛋白中 血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合 无氧存在时 与水结合 生成去氧血红蛋白 Hb 有氧存在时 能够与氧结合形成氧合血红蛋白 HbO2 血红蛋白与氧的结合不牢固 容易离解 HbO2的形成和离解受氧的分压和pH等因素的影响 氧的分压和pH较高时 有利于血红蛋白与氧的结合 反之 则有利于离解 煤气中毒的机制 一氧化碳 CO 也能与血红素Fe原子结合 由于CO与血红蛋白结合的能力是O2的200倍 因此 人体吸入少量的CO即可完全抑制血红蛋白与O2的结合 从而造成缺氧死亡 急救方法是尽快将病人转移到富含O2的环境中 如新鲜空气 纯氧气或高压氧气 使与血红素结合的CO被O2置换出来 免疫球蛋白的结构 Y形 抗原 某些低分子量的物质可以与抗体结合 但它们本身不能刺激抗体的产生 几乎所有外来的蛋白质都是抗原 并且每种蛋白质都能诱导特异抗体的产生 一个人得体内在任一个给定时刻大约有10000种抗体存在 抗体的特点 抗体具有两个最显著的特点 一是高度特异性 二是多样性 高度特异性就是一种抗体一般只能与引起它产生的相应抗原发生反应 抗原 抗体复合物往往是不溶的 因此常从溶液中沉淀出来 此即 沉淀反应 在体外 沉淀反应已被广泛用于研究抗原 抗体反应 并成为免疫学的基础 多样性就是它们可以和成千上万的各种抗原 天然的和人工的 起反应 胶原蛋白 胶原蛋白或称胶原 collagen 是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质 它也属于结构蛋白质 使骨 腱 软骨和皮肤具有机械强度 胶原蛋白至少包括四种类型 称胶原蛋白I H HI和IV 胶原蛋白吃下去以后很难消化 这是什么 毛发酱油 我也觉得很恶心 三鹿奶粉为什么要加三聚氰胺 三聚氰胺 C6H6N6 的分子中氮含量很高 蛋白质含量的测定 凯氏定氮法 双羧脲法 样品量0 2 1 7mg L Folin Lowry法 在碱性条件下磷钼酸 磷钨酸混合试剂与酪氨酸上的酚发生反应 生成蓝色化合物 将其与双羧脲法结合起来 蛋白质形成两种颜色的混合物老绿色 在650nm具有特定的吸收 灵敏度较高25 g 250 g ml 考马斯亮蓝法 Bradford法 考马斯亮蓝G250是一种带有负电荷的染料 在酸性条件下 可与蛋白质上的正电荷结合 形成蓝色化合物 在595nm具有特定吸收 反应简便 快速 灵敏度高 5 50 g ml 紫外吸收法由于核酸在260nm具有光吸收 对测定干扰较大 可采用280nm 260nm同测法 酶学 酶的概念酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊蛋白质 简单说 酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂 酶 单成份酶 脲酶 蛋白酶 淀粉酶 核糖核酸酶等 双成份酶 酶蛋白 辅因子 简单蛋白质 结合蛋白质 apoenzyme cofacter 辅酶 coenzyme 辅基 prostheticgroup 全酶 holoenzyme 酶蛋白 辅因子 2 酶的组成 核酶 核酶主要组分是RNA但并不是说有RNA的酶都是核酶 特殊的含RNA的酶 它也是核酶 2010年初赛试题 其他 端粒酶 哲学问题 先有蛋or先有鸡 答案 先有蛋生物学上类似的问题 先有蛋白质or先有核酸 酶的进化 完全由RNA构成的酶以RNA为主 蛋白质为辅的酶以蛋白质为主 RNA为辅的酶含辅酶or辅基的酶全部由蛋白质组成的酶 1 酶的辅因子 暂时不用记 讲糖代谢和核酸的时候有几个很重要 酶的辅因子是酶的对热稳定的非蛋白小分子物质部分 其主要作用是作为电子 原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程 1 传递电子体 如卟啉铁 铁硫簇 2 传递氢 递氢体 如FMN FAD NAD NADP C0Q 硫辛酸 3 传递酰基体 如C0A TPP 硫辛酸 4 传递一碳基团 如四氢叶酸 5 传递磷酸基 如ATP GTP 6 其它作用 转氨基 如VB6 传递CO2 如生物素 2 酶的分类 氧化 还原酶催化氧化 还原反应 主要包括脱氢酶 dehydrogenase 和氧化酶 Oxidase 反应通式 AH2 B A BH2如 乳酸 Lactate 脱氢酶 EC 催化乳酸的脱氢反应 氧化 还原酶Oxidoreductase 2 酶的分类 转移酶催化基团转移反应 即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上 例如 谷丙转氨酶 EC2 6 1 2 催化的氨基转移反应 反应通式 AR B A BR 转移酶Transferase 2 酶的分类 水解酶催化底物的加水分解反应 主要包括淀粉酶 蛋白酶 核酸酶及脂酶等 例如 脂肪酶 Lipase 催化的脂的水解反应 水解酶hydrolase 2 酶的分类 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应 主要包括醛缩酶 水化酶及脱氨酶等 反应通式 例如 延胡索酸水合酶催化的反应 4 裂合酶Lyase 2 酶的分类 异构酶催化各种同分异构体的相互转化 即底物分子内基团或原子的重排过程 反应通式 例如 6 磷酸葡萄糖异构酶催化的反应 5 异构酶Isomerase 2 酶的分类 合成酶 又称为连接酶 能够催化C C C O C N以及C S键的形成反应 这类反应必须与ATP分解反应相互偶联 A B ATP H O H A B ADP Pi例如 丙酮酸羧化酶催化的反应 丙酮酸 CO2 草酰乙酸 6 合成酶LigaseorSynthetase 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位 通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心 结合部位决定酶的专一性 催化部位决定酶所催化反应的性质 催化部位catalyticsite 酶的 中心 活性中心 战斗部队 结合基团 诱饵 催化基团 主力军 活性中心外必须基团 后勤部队 木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶是改造后的胰蛋白酶 1 酶催化作用的本质 降低反应活化能2 酶催化作用的中间产 络合 物学说在酶催化的反应中 第一步是酶与底物形成酶 底物中间复合物 当底物分子在酶作用下发生化学变化后 中间复合物再分解成产物和酶 E S E S P E许多实验事实证明了E S复合物的存在 E S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关 四 酶作用的机制 3 酶与底物结合形成中间络合物的方式 理论 1 锁钥假说 lockandkeyhypothesis 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的 酶表面具有特定的形状 酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样 2 诱导契合假说 induced fithypothesis 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状 而只是由于底物的诱导才形成了互补形状 4 使酶具有高效催化的因素 1 临近定向效应 在酶促反应中 底物分子结合到酶的活性中心 一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加 有利于提高反应速度 另一方面 由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用 使底物分子中参与反应的基团相互接近 并被严格定向定位 使酶促反应具有高效率和专一性特点 2 张力 和 形变 底物与酶结合诱导酶的分子构象变化 变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生 张力 甚至 形变 从而促使酶 底物中间产物进入过渡态 米氏方程1913年 德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究 推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式 称为米氏方程 Km 米氏常数Vmax 最大反应速度 例题有关米氏常数 米氏常数的单位是 2011年初赛题 A mol LBmlCmolDmol s 例题有关米氏常数 米氏常数的单位是 2011年初赛题 A mol LBmlCmolDmol s解答 米氏常数是 当反应速度等于最大反应速度一半时 即V 1 2Vmax Km S 因此它是浓度 选A 抑制剂对酶反应的影响有些物质能与酶分子上某些必须基团结合 作用 使酶的活性中心的化学性质发生改变 导致酶活力下降或丧失 这种现象称为酶的抑制作用 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂 inhibitor 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点 a 在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似 b 能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物 抑制作用的类型 1 不可逆抑制作用 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合 引起酶的永久性失活 如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯 例 农药的进化 砒霜杀人 2 可逆抑制作用 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合 引起酶活性暂时性丧失 抑制剂可以通过透析等方法被除去 并且能部分或全部恢复酶的活性 根椐抑制剂与酶结合的情况 又可以分为三类 竞争性抑制 某些抑制剂的化学结构与底物相似 因而能与底物竟争与酶活性中心结合 当抑制剂与活性中心结合后 底物被排斥在反应中心之外 其结果是酶促反应被抑制了 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度 即提高底物的竞争能力来消除 竞争性抑制可用下式表示 有反竞争性抑制剂存在时 Km和V值均减小 1 I Ki 倍 且都随 I 的增高而降低 反竞争性抑制 酶只有在与底物结合后 才能与抑制剂结合 引起酶活性下降 反竞争性抑制可用下式表示 反竞争性抑制作用的速度方程 5 温度对酶反应的影响一方面是温度升高 酶促反应速度加快 另一方面 温度升高 酶的高级结构将发生变化或变性 导致酶活性降低甚至丧失 因此大多数酶都有一个最适温度 在最适温度条件下 反应速度最大 例 淀粉酶 taq酶 最适温度 6 pH对酶反应的影响在一定的pH下 酶具有最大的催化活性 通常称此pH为最适pH 7 酶的别构 变构 效应 由于效应物的存在 而引起酶的结构 构象 变化 别构酶 Allostericenzyme 的特点 一般是寡聚酶 由多亚基组成 包括催化部位和调节 别构 部位 具有别构效应 指酶和一个配体 底物 调节物 结合后可以影响酶和另一个配体 底物 的结合能力 相同 均为底物 同促效应 homotropiceffect 不同 效应调节物 异促效应 heterotropiceffect 根据配体结合后对后继配体的影响 根据配体性质 正协同效应 positivecooperativeeffect 负协同效应 negativecooperativeeffect 动力学特点 不符合米曼方程双曲线 8 固定化酶固定化酶是通过吸附 耦联 交联和包埋等物